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淺析UHF Gen 2 RFID和HF RFID的那些區(qū)別

2022-08-08 14:02 博物園
關鍵詞:UHFGen2RFID

導讀:目前,UHF Gen 2RFID在高速生產(chǎn)線上的小型單體上的表現(xiàn)已經(jīng)和貨運中心周轉的箱體托盤上的表現(xiàn)相媲美。

目前,UHF Gen 2RFID在高速生產(chǎn)線上的小型單體上的表現(xiàn)已經(jīng)和貨運中心周轉的箱體托盤上的表現(xiàn)相媲美。由于成本低,UHF RFID已導致舊式的,速度慢,成本又高的HF 13.56 MHz RFID技術瀕于淘汰。在決定究竟部署那種射頻識別技術之前,需要理解UHF和HF的基本概念。

射頻波中含有兩種成分:即磁波和電波。通常,HF RFID 13.56 MHz依賴的是電磁場中的“近場”磁場,而UHF RFID 860-960 MHz則是遠場輻射,既包含磁場有包含電場。而在UHF標簽中響應的究竟是那種波則取決于兩個方面:即RFID標簽天線和RFID讀寫器之間的距離。

由于波中的磁場分量的強度將隨距離快速地減小,故只能在近場方起作用。其有效范圍被天線結構限制到大約一兩個波長。由于HF標簽為了接收能量而利用電感耦合來感應該磁場。HF標簽天線通常是有點像線圈的電感型天線,因此需要更多的傳導材料以及比等效的UHF標簽天線更復雜的制造工藝。所幸的是,HF標簽在磁場上方?jīng)]有死角,使用合適的天線,UHF標簽就能夠很容易地獲取相同的近場能量,并且效率和成本效益更高。

麥克斯韋的四個方程是電磁場分析和設計的基礎。法拉第定律是這四個方程之一:“磁場中線圈感應的電壓正比于磁場的強度和頻率”。這就揭示了一個極其簡單的概念:即頻率越高,效率越高。UHF的頻率是HF的60倍,這意味著對于RFID標簽和RFID讀寫器天線之間的能量耦合效率來說,UHF是HF的大約60倍。

傳統(tǒng)的概念是超高頻RFID不適合于單品級標簽:標簽太大,超高頻RFID不能工作于液體,金屬以及彼此靠近的小型單品包裝。而且UHF的距離太遠,所有這些都忽視了一個事實,即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近場。這意味著UHF系統(tǒng)能夠讀取HF能夠讀取更多的東西,包括液體和金屬含量高的物品。更重要的是,這意味著單品級應用已經(jīng)能夠平衡UHF Gen 2標準為供應鏈多帶來的各種利益。關鍵是如何控制UHF的近場,射頻波中的這個分量特別適合于距離很近的單品級RFID工作。采用近場UHF Gen 2方案的各類應用正在增長。

2004年12月,EPC global批準了UHF Gen 2協(xié)議,從而產(chǎn)生出第一個全球性的RFID標準。從此,市場上看到了許多符合該標準的產(chǎn)品。這一普及證明了從單品,容器到托盤的普適性,所用的對象有近場也有遠場,材料覆蓋了液體、金屬、緊密堆積的和包裝的物品等。

三年后,HF產(chǎn)品開發(fā)商不得不認可該標準。相反,最新的HF規(guī)范已經(jīng)使起草者的幻想破滅。根據(jù)HF“V2”(UHF Gen 2的HF版本)的標準編纂人員- Ken Laing的說法,迄今為止工作進展有限,僅有的進展是對現(xiàn)有標準的有限改進以及出現(xiàn)了一些商用產(chǎn)品。

相對于在目前流行的HF標準ISO 15693上對EPC進行編碼,Laing認為在Gen 2 HF標簽上對EPC進行編碼的公司將會看到性能方面的改善。他說,據(jù)RFID Update的結果,雖然改善并非驚天動地,但還是比現(xiàn)在市場上的HF產(chǎn)品好很多。也許重要的一點是,即便是標準已經(jīng)得到批準,但一開始所謂合格的V2產(chǎn)品并不會符合它。這需要一段很長的時間,即便是現(xiàn)在可以使用,也達不到UHF Gen 2目前的性能。

不過本文還是返回來繼續(xù)看一下有關頻率的爭辯,因為這與實際的部署有關。

考慮以下因素:

* UHF Gen 2覆蓋全球所有的供應鏈上的各種應用;

* UHF Gen 2對所有類型的產(chǎn)品材料有效,包括液體和金屬材料。

因此就UHF Gen 2來說,HF RFID技術中是多余的,因為:

* 沒有任何一項是HF可以實現(xiàn)而UHF卻無法實現(xiàn)的;

* 而許多HF無法實現(xiàn)的但UHF卻能夠?qū)崿F(xiàn)。HF只能解決UHF RFID廣大領域中的一小部分。

對于RFID應用來說,UHF是RFID的“超集”。遵從該標準的產(chǎn)品能夠解決各種項目,容器,托盤,所有材料和包裝類型,以及提供比HF高得多的吞吐率。

一個正確部署的UHF Gen 2系統(tǒng),無論是大物品還是小物品,也無論是液體還是金屬,工作都會很好,與容器和托盤上一樣,能夠有效地消除在近場UHF Gen 2出現(xiàn)之前HF所具有的單品級方面的優(yōu)勢。的確,液體可以吸收RF能量,而金屬可以反射RF能量,但這一切都是遠場時方需考慮的事情,而對于近場則是另一回事。事實上,由于一個正確設計的UHF標簽天線能夠用于近場和遠場,實際上它可以利用所附屬的金屬,作為天線的延伸!但HF標簽則不行,因為其缺乏電場耦合的手段。盡管如此,我們還是再深入探討一下部署HF RFID系統(tǒng)的實際影響。

起初,HF無法實現(xiàn)遠場應用,這意味著無法用于倉庫和物流中心需要RFID遠距離工作的容器和托盤,因此,HF的應用距離僅限于近場。

因此,選擇HF作為物品級標簽識別的企業(yè)還必須同時部署UHF Gen 2進行容器和托盤的識別。如今,要同時考慮到多路數(shù)據(jù)承載架構,成本,復雜度,效率以及維護等多種復雜因素,所以說,如果認為數(shù)字物流沒什么難度,可是要碰壁的。這些還需要我們考慮一些經(jīng)濟因素:UHF Gen 2標簽將永遠比HF標簽便宜。

事實上,由于UHF標簽容易制造,因此將會便宜2-3倍。與HF標簽不同,UHF Gen 2標簽特別適合工藝升級特別好的簡單的,高速制造技術。得益于UHF Gen 2的簡單性以及單層天線結構,可以利用便宜的傳導墨水工藝制造。UHF是一個符合標準的非常實際和經(jīng)濟的波段。實際上,為遠距離設計的用在大型托盤上的同一UHF Gen 2芯片,也可以與一個小至6mm左右的近場天線一起使用-這種標簽比以前廣泛采用的HF標簽小得多也便宜得多,況且還能提供更好的性能。

UHF天線結構的另一個優(yōu)點是,當物品堆放得非??拷鼤r,UHF標簽不會對相鄰的物品投放一個RF“陰影區(qū)”。而HF標簽天線則不然,其天線由厚重的金屬線圈組成,能夠?qū)ο噜彉撕炐纬纱牌帘?,從而使閱讀器鑄發(fā)閱讀。因此,UHF具有更可靠的性能。

UHF Gen 2技術的繼續(xù)發(fā)展將會進一步拉開它與HF技術之間存在的成本,性能以及功能之間的差距,而這個差距HF將絕對無法彌補。這是基本點,因為UHF Gen 2的經(jīng)濟性實際上是得益于UHF頻段的物理特性。對于RFID工作來說,UHF頻段的效率是HF頻段的60倍。

如果目標就是RFID標簽和RFID讀寫器之間的耦合通信,相對于能力較弱的HF解決方案來說,UHF在很多方面都占優(yōu)。因為UHF Gen 2具有高速度,高可靠性,以及操作的靈活性。這就是為什么Blue Vector 公司的CEO -Nancy Anderson所作的結論,“我們現(xiàn)在就不怎么再利用HF了,因為它沒有UHF靈活”。

Cardinal Health的Julie Kuhn,Pedigree公司的經(jīng)理,向我解釋了這一點?!澳銦o法用HF標簽實現(xiàn)UHF標簽的讀取速度。這意味著我們的傳送帶一點也不能比最慢的讀取速率快?!边@是一個很大的限制,將影響分銷商的訂貨吞吐率?!熬褪乾F(xiàn)在”,她繼續(xù)說,“我們提訂單一直到下午8點,并且訂單從早上5:30就開始分派了。這種復雜的UF/UHF架構將制約我們維持提單補料時間的能力”。

這一點加重了多協(xié)議架構的問題。而且不幸的是,利用能夠同時讀取HF和UHF標簽的設備-即多協(xié)議RFID讀寫器來解決這些問題時只會產(chǎn)生更多的問題。這些問題包括讀寫器更復雜,成本更高,更精密,且讀取速率更低,而且還使讀取可靠性降低,其原因是詢問器必須周期性地覆蓋多協(xié)議,因而讀取時總是需要折中。當采用多種數(shù)據(jù)承載協(xié)議時,供應鏈上就會出現(xiàn)這些問題。

當Gen 2解決這些與UHF標準競用和不兼容的問題時,HF技術本身也存在這些問題,目前在用的相關標準包括ISO 14443, ISO 15693, 以及EPCglobal HF Class 1。取決于所選的技術和標準,對于部署,維護和升級一個混合系統(tǒng)架構來說,不用說需要管理各自的數(shù)據(jù)格式,即便是從經(jīng)濟和物流本身來說,支持分離的UHF和HF架構也沒有什么意義。

企業(yè)最終所采取的連續(xù)性戰(zhàn)略對下游的貿(mào)易伙伴具有重大影響,將逐步滲透到整個供應鏈。這種場景在當今的一些醫(yī)藥領域正在出現(xiàn),在這里采用的混合協(xié)議系統(tǒng)正在阻礙著貨品的可靠吞吐。Julie Kuhn補充道,“我們關注的是如何將所有技術組合成一種單一技術,形成一個自動化程度很高的環(huán)境,其中能夠以單品和容器級獲取貨品的家譜信息,并保持我們現(xiàn)有的高吞吐率?!?/p>